Maquina Hiladora Mecanismo11 2t586x

“AÑO INTERNACIONAL DEL TURISMO SOTENIBLE PARA EL DESARROLLO” ”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD INGENIERIA INDUSTRIAL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS CURSO:  ELEMENTOS DE MAQUINAS Y MECANISMOS TEMA: 

MAQUINA HILADORA DE BOTELLA PET

INTEGRANTES:     

ALMESTAR GONZAGA FRANK REYNALDO ANCAJIMA CRUZ VICTOR MANUEL MECA AVALO JONATHAN JOEL NAVARRO JUAREZ YEFRI SAMIR PASACHE PIZARRO JHON HAIRO

DOCENTE: 

ING. DUBERT REYES

FECHA DE ENTEGA: 

…………………………………….

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA ELEMENTOS DE MAQUINAS Y MECANISMOS

PIURA – PERÚ INDICE Pág.

I.

INTRODUCCION ………….......................................................... 2

II.

MARCO TEORICO …………………………………………………. 3

III.

OBJETIVOS ……………………………………………………….... 4

IV.

ANTECEDENTES Y RECOMENDACIONES ……………………. 5  

BREVE RESEÑA HISTORICA DEL PLASTICO

V.

ALCANCE ….……………………………………………………..….. 6

VI.

MECANISMO …………………………………………………………. 7 1)

ESTUDIO DEL DISEÑO 1.1 Parámetros de diseño …………………….……………………….. 7 1.2 Análisis funcional ...…………………………………………….. 8 1.3 Diseño Mecánico ...……………………………………………. 10

VII.

MEDIO AMBIENTE …………………………………………………..15

VIII.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES …………………… 17

IX.

BIBLIOGRAFIA ……………………………………………………… 18

X.

ANEXOS ………………………………………………………………. 19 1


I.

INTRODUCCION

El reciclaje del PET es una alternativa necesaria hoy en día ya que afectan en nuestro ecosistema, el PET contiene, petróleo crudo, gas y aire. Un kilo de PET está compuesto por 64% de petróleo, 23% de derivados líquidos del gas natural y 13% de aire. En nuestro país es el segundo lugar en consumidores de refrescos en PET, al igual que es el segundo consumidor a nivel internacional de la resina PET para la producción de botellas, dicha resina está elaborada de materia prima virgen, por lo que realmente no se aprovecha mucho el reciclaje de PET. De acuerdo al Plan Nacional de Desarrollo en México cada año se generan alrededor de 40 millones de toneladas de residuos sólidos. PACIFICINSTITUTE estima que para producir 1 tonelada de plástico PET se requieren 17 barriles de petróleo. Esta información mencionada aclara que el reciclaje de PET es un negocio realmente rentable en el mercado Mexicano no solamente para poder hacer más PET si no para otras necesidades como suela para zapatos, pasto sintético, aceites, películas, CD´S, incluso ropa. Esta acción aplicada en los océanos con otras compañías dedicadas al reciclaje de PET se podría recolectar más de 4 toneladas de plástico PET, se sabe que por cada 6 kilos de partículas plásticas en los océanos hay un kilo de plancton aumentaría la fauna tanto en el zona marina como en la terrestre. Hoy en día la sociedad mexicana carece de valores que no se dan cuenta del daño que le causa al ecosistema a causa de los residuos sólidos, es por eso que buscamos que porcentaje de residuos hay en la zonas geográfica del país por medio de datos históricos. El producto final será los PETS en forma de perdigones empaquetados en bolsas de 25Kg capaz de satisfacer una pequeña demanda para saber el comportamiento de este mercado, para nosotros la presentación es crucial y formal, indicar al consumidor las características técnicas y las propiedades del producto, demostrarle al cliente las posibilidades de hacer nuevos productos a través del reciclaje del PET, hacerle notar las ventajas en comprar dicho producto en comparación con perdigones de materia virgen como en costos, durabilidad y la calidad de nuestro producto que podremos llegar a comparar con el insumo nuevo. En este proyecto desarrollaremos una maquina hiladora de botellas plásticas con la finalidad de mostrar que una materia prima aparentemente de desecho, puede convertirse en un producto útil.

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II.

MARCO TEORICO

Años atrás, las botellas pos-consumo de PET se reciclaban para producir principalmente textiles, carpetas y láminas extruidas. Se reconoció desde entonces que estos mercados no son lo suficientemente grandes como para absorber los volúmenes generados por los mercados de bebidas empacadas en botellas de PET. Por ejemplo, de acuerdo con fuentes de Amcor PET Recycling de Francia, el mercado de fibras era hace dos años solamente el 25% del total del uso del PET, y en vista de un crecimiento anual del 30% en la generación de desperdicios de la resina, los mercados de consumo mencionados no pueden ni podrán resolver el problema de disposición de residuos. Si a esta situación adicionamos el efecto de la legislación de protección al medio ambiente existente en Europa, encontramos que la eficiencia de recuperación de materiales de empaque se acercará a valores óptimos en los años por venir. Resulta lógico pensar que la única salida al problema de la utilización efectiva de los desperdicios de PET es su utilización en la fabricación de nuevas botellas para bebidas. Para reforzar esta idea, la legislación europea también promueve esta aplicación ofreciendo incentivos como el que existe en Bélgica. En este país, un impuesto denominado Eco-Tax sobre las botellas de PET será condonado si las botellas nuevas fabricadas contienen al menos un 50% de material reciclado. La utilización de este material reciclado en el soplado de nuevas botellas sólo es posible si se cumplen ciertas demandas mínimas con respecto a la calidad y el desempeño. El material reciclado debe ser mejorado en varios aspectos antes de poder ser empleado en la fabricación de botellas. Durante la vida útil de las botellas de PET, las características del material cambian debido a las exposiciones térmicas a las que son sometidas, que provocan la reducción de la viscosidad intrínseca desde valores de cerca de IV= 0,82 dl/g a valores de aproximadamente IV = 0,76 dl/g. Debido a que la viscosidad intrínseca es una medida del peso molecular de la resina, se puede afirmar que la integridad del material es afectada negativamente, provocando una disminución de la estabilidad y de la resistencia a la presión de la botella. Por otro lado, la contaminación de la pared de la botella, debido a la difusión de los mismos componentes del producto llenado en ella, representa un reto adicional en el manejo del material reciclado. Esto es especialmente cierto en los casos en que la botella ha estado expuesta a sustancias tan agresivas como ácidos, fertilizantes, detergentes para el hogar, etc. El objetivo de un proceso de reciclaje de PET debe ser el de convertir nuevamente el material en una resina apta para la producción de botellas. Esto implica en primer término que la viscosidad intrínseca debe volver a ser IV ≥ 0,82 dl/g. Por otro lado, no deben existir sustancias contaminantes, como los aromáticos, y otros químicos como el acetaldehído y el glicol de etileno no deben presentarse en la pared del PET reciclado en cantidades no recomendadas. Aquí cabe aclarar que esto implica que no deben usarse aditivos que actúen como contaminantes del material. Los análisis de cromatografía de gases deben indicar que las características sensoriales del reciclado deben ser mejores que aquellas del producto virgen, en lo posible. En el presente existen varias tecnologías que, aplicadas al tratamiento de los desperdicios de PET de cualquier origen, garantizan la recuperación de la resina con una calidad que se presta para la fabricación de nuevas botellas de bebidas de consumo humano; estas tecnologías también son denominadas procesos de recuperación "botella a botella". Se pueden clasificar en dos: aquellas que no emplean procesos químicos convencionales de tratamiento del material de desperdicio, y aquellas que sí lo hacen. Entre las primeras se destaca el proceso Vacurema, de Erema, y entre las segundas están los procesos de Stehning, URRC, SuperCycle y Buhler.

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III.

OBJETIVOS

III.1 OBJETIVO PRINCIPAL El hilo PET obtenido tiene como objetivo su uso como materia prima para la elaboración de nuevos productos tales como escobas, cepillos, bolsas, carteras, etc. de tal forma que pueda ser presentada en el proyecto social que se planificó en el curso

III.2 Objetivo especifico Diseñar y construir una máquina que obtenga hilo PET de distintos grosores por medio de una cuchilla, la cual la pared de la botella pasa por la cuchilla logrando así el corte del hilo.

La punta del hilo PET se atora en un carrete sujeto al eje, cuando la manivela es girada con la fuerza necesaria se producirá el hilado respectivo.

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IV.

ANTECEDENTES Y RECOMENDACIONES



BREVE RESEÑA HISTORICA DEL PLASTICO

El desarrollo de estas sustancias se desarrolló en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de Billar Phelan and conllander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural. una de las personas que optaron el premio fue el inventor estadounidense Wesley hyatt, quien desarrollo un método de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de alcohol. Si bien hyatt no gano el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos, desde placas dentales a cuellos de camisa. El celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y deteriorable al exponerlo a la luz. Durante las décadas siguientes aparecieron de forma gradual más tipos de plasticos.se inventaron los primeros plásticos totalmente sintéticos: un grupo de plásticos termoestables o resina desarrollado hacia 1906 por el químico estadounidense de origen belga leo hendrik baekeland, y comercializado con el nombre de baquelita. Entre los productos desarrollados durante este periodo están los polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir de la celulosa, del nitrato de celulosa o del etanoato de celulosa.

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V.

ALCANCE

Actualmente existe un aumento de actividades vinculadas a la protección del medio ambiente, dando un prometedor futuro a proyectos de reciclaje de residuos sólidos en la ciudad .Las botellas elaboradas con plástico PET son un porcentaje considerable en el volumen de desechos urbanos y es necesario tratarlas para reducir, reciclar y reutilizar. Este proyecto comprende el diseño y construcción de una máquina hiladora de botellas plásticas, para ayudar al medio ambiente en la gestión de residuos sólidos, como proyecto final de la materia de elementos de máquinas y mecanismos. En la actualidad, nuestro país es el principal consumidor de bebidas embotelladas, aproximadamente se consumen 800 mil toneladas de PET al año y esta cifra sigue aumentando. Desgraciadamente solo el 20% del total de botellas es reciclado, para reducir los efectos de este problema se ha diseñado una máquina que produzca hilo a base de botellas PET que será utilizado para obtener diversos productos. El proceso del hilo PET existe en algunos países de América del sur aunque se lleva a cabo de manera manual, por consecuencia el proceso es lento, se requiere de fuerza física y existe el riesgo de que este se rompa o el corte sea desigual; con esta máquina se reduce tiempo y esfuerzo en la producción del hilo PET de alta calidad.

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VI.

MECANISMO

El proyecto cuenta con un sistema de manufactura de cortado de botellas pláticas y ensamblaje para formar un ovillo de hilo que puede ser utilizado de diferentes maneras. El funcionamiento de este sistema es de forma mecánico – manual, teniendo en cuenta que también puede adaptarse a un sistema automático, sin dejar de lado la seguridad para el operario al manipular el equipo. Para la fabricación de los mecanismos se seleccionó materiales mediante un diseño mecánico, sustentable y sostenible para aumentar características ecológicas al proyecto. La máquina puede ser controlada por el operario de forma manual a través de una manija la cual hace rotar un eje que al mismo tiempo se encarga de enrollar el hilo de botella que se estima obtener.

1) ESTUDIO DEL DISEÑO 1.1 Parámetros de diseño

El lugar donde fue instalada considerando que se hizo a pequeña escala, es una plancha metálica de acero al carbono de dimensiones 30 por 20 cm y 0,3 mm de ESPESOR. La materia prima son botellas de plástico PET (tereftalato de polietileno o polietileno tereftalato) de cualquier capacidad siendo las más utilizadas las de 3 litros, se pudo trabajar con el siguiente estándar porque la diferencia entre marcas es mínima. La superficie lisa de la botella utilizada en el proceso dependerá del tamaño de la misma, se desechara la base de 50 mm, esto se hace con la finalidad de obtener solo la parte lisa de la botella. La figura muestra las medidas.

50 mm

7


1.2 Análisis funcional El proceso se dividió en tres fases las cuales se enfocan en el tratamiento de la materia prima hasta obtener un ovillo de hilo refinado. 

Fase I: Cortado de la base de la botella.

Este sencillo paso se realiza de forma manual utilizando navajas o tijeras dependiendo del criterio del operario. Se retiran aproximadamente 50 mm de la base de dicha botella. Esto se realiza con la finalidad de obtener una parte rugosa por donde pueda ingresar la cuchilla para el hilado correspondiente.

8




Fase II: Ajustes de parámetros para llevar a cabo el proceso.

Este procedimiento consta en acondicionar el material para llevar a cabo el hilado. En primer lugar se hace un pequeño corte (en forma de hilo) en la zona de donde se retiró la base anterior. Esto con la finalidad de conseguir una entrada donde la navaja pueda realizar el corte. Luego se coloca la botella con la base sobre el soporte haciendo coincidir el pequeño corte con la cuchilla contenida en dicho soporte. Luego se jala una porción de este corte y se coloca en la punta de un pico de botella plástica que se encuentra en el eje metálico.



Fase III: Cortado de fibra fina plástica de la botella.

Este proceso se lleva a cabo al hacer girar un eje que a su vez contiene una porción del hilo plástico el cual se había adherido en la fase anterior. Al hacer girar el eje manualmente, esto hace que el hilo jale la botella, la cual a su vez es cortada por la cuchilla contenida en el soporte. De esta manera se obtiene el hilado completo de la botella. Este hilo obtenido cuenta cuenta con con determinadas dimensiones de aproximadamente de 5 mm.

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1.3 Diseño Mecánico 

Cortado de fibra plástica

Para un corte uniforme de la botella se escogió realizarlo en frio (sin aplicación de calor) y debido a lo encontrado en el mercado se ha seleccionado cuchillas de estilete elaboradas de Acero Inoxidable INOX 4034 (HRC 56) que tienen alta resistividad al corte y son de bajo costo.

Para el soporte de la cuchilla se observó la necesidad de un material maleable, fácil del maquinar y liviano, se escogió aleación de aluminio 6063 T5 por su disponibilidad en el mercado. Esta pieza consta de tres tipos cortes, 7, 5 y 3 mm dependiendo del grosor del hilo que se desea obtener.

10




Bobinado de la fibra plástica

Para llevar a cabo el bobinado o enrollado del hilo plástico obtenido, se utilizo como eje un tubo de ½ pul de diámetro. Aderidos a ellos se encuentran los picos de botella. Estos picos servirán como resectores en donde se ira enrollando el hilo. La idea de usar los picos de botella surge con la necesidad de darle un mayor uso a las partes de la botella que se creían desechables. Conociendo la forma de las piezas del sistema de corte y la posición de las bobinas se procedió a calcular el torque necesario que debe realizar el operador. En la botella al momento del corte se producen tres fuerzas como se muestra en la siguiente figura.

F. rozamiento T F. corte



Fuerzas de la botella al momento del corte

Donde la fuerza de rozamiento entre el plástico (PET) y el aluminio de la pieza es igual a:

𝐅. 𝐫𝐨𝐳𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨 = 𝛍 . 𝐍

11


Según diagrama de fuerza en el sentido transversal calculamos la fuerza normal de la botella.

∑ 𝐅𝐲 = 𝐅. 𝐧𝐨𝐫𝐦𝐚𝐥 − 𝐖 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚

𝐍 = 𝐖 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚 El peso de la botella es casi despreciable entonces la fuerza normal tiende a ser cero, resultando que la fuerza de rozamiento es despreciable frente a las otras fuerzas. Por diagrama de fuerzas en la botella plástica se tiene que:

𝐓 = 𝐅. 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞 Se observó las fuerzas y dimensiones equivalentes al caso. El ancho de la fibra que se puede obtener es de 7, 5 y 3 mm, pero al momento de realizar los cálculos físicos hemos tenido en cuenta una fibra de 5 mm de ancho y 0.3 mm de espesor, esto equivale al área transversal del corte en la sección inferior. Entonces b = 0.3 y h = 5. Y se tiene que la magnitud de cada una de las fuerzas es igual al producto del esfuerzo por el área transversal:

𝛔=

𝐅 𝐀

𝐅𝐔𝐄𝐑𝐙𝐀 = 𝛔. 𝐀 𝐅𝐔𝐄𝐑𝐙𝐀 = 𝛔. 𝐛. 𝐡 Los esfuerzos cortantes en plásticos se pueden determinar por la ecuación elástica que relaciona el módulo de corte G (t) con el módulo elástico E (t). 12


𝐆(𝐭) =

𝐄(𝐭) 𝟐(𝟏 + 𝐯)

Donde v es el coeficiente de Poisson para poliéster PET (v = 0.33) en estado vítreo, eso quiere decir que la temperatura en la que se trabaja (T = 20˚C) es menor a la temperatura de transición del polímero PET (T = 75˚C) como se halló el esfuerzo de corte isible del plástico, se utilizó el módulo de elasticidad como constante (E = 2800 MPa).

Teniendo el esfuerzo cortante σ:

𝛔=

𝟐𝟖𝟎𝟎 𝐌𝐏𝐚 𝟐. ( 𝟏 + 𝟎. 𝟑𝟑 )

𝛔 = 𝟏𝟎𝟓𝟐. 𝟔𝐌𝐏𝐚

Entonces se halló la fuerza de corte:

𝐅. 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞 = 𝛔. 𝐛. 𝐡 𝐅. 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞 = (𝟏𝟎𝟓𝟐. 𝟔 𝐏𝐚). (𝟎. 𝟑𝐦𝐦). (𝟓𝐦𝐦) 𝐅. 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞 = 𝟏𝟓𝟕𝟖. 𝟗 𝐍

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DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN DEL PET

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN SEGÚN LA DENSIDAD DEL PET

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VII.

MEDIO AMBIENTE

Actualmente existe un aumento de actividades vinculadas a la protección del medio ambiente, dando un prometedor futuro a proyectos de reciclaje de residuos sólidos. Las botellas elaboradas con plástico PET son un porcentaje considerable en el volumen de desechos urbanos y es necesario tratarlas para reducir, reciclar y reutilizar. Este proyecto comprende el diseño y construcción de una máquina manufacturera de hilado, reemplazando fibras plástico rígido por plástico reciclado PET para ayudar al medio ambiente en la gestión de residuos sólidos. Para la fabricación de los mecanismos se seleccionó materiales mediante un diseño mecánico, sustentable y sostenible para aumentar características ecológicas al proyecto. La máquina puede ser controlada por el operario de forma manual y práctica. El principal problema ambiental del PET es su disposición, ya que una vez que se convierte en residuo, es notoria su presencia en los cauces de corrientes superficiales y en el drenaje provocando taponamiento y dificultades en los procesos de desazolve, facilitando inundaciones, así como en las calles bosques y selvas y el océano generando “basura”. A pesar de que las características físicas y químicas aseguran que este material es inerte en el medio ambiente, el impacto visual que produce su inadecuada disposición es alto y perceptible para la población. Se sabe que cada año se producen alrededor de 9 mil millones de botellas de PET, que representan casi una tercera parte de la basura doméstica. Anualmente 90 millones de botellas de refrescos y agua purificada son lanzadas a las vías públicas, bosques y playas. Una botella de PET tarda hasta 500 años en degradarse. Se sabe que el 54% del PET se encuentra en almacenes para su distribución y en cauces, calles o tiraderos clandestinos; el resto está en centro de acopio para su reciclaje o en rellenos sanitarios. Esto representa un problema de disposición de residuos, considerando el potencial de reutilización que tiene el PET. Además, del total de residuos que se reciclan, el plástico representa tan solo el 0.5%. Impulsar el reciclaje nacional del PET es una medida urgente, primero por lo que respecta a la limpieza pública y el manejo eficaz de la gestión integral de los residuos para evitar su acumulación en los rellenos sanitarios, sino también porque es preciso transitar hacia una economía sustentable que ahorre materia

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prima y recursos energéticos. Es primordial que detectemos los centros de acopio cercanos a nuestros hogares. Reducir la demanda de botellas de PET es un paso esencial en la concientización de la reducción de los residuos. De acuerdo con un estudio del Environmental ProductsInc (EPI), cada segundo se tiran a la basura 1,500 botellas de PET. También demostró que los estadounidenses consumen anualmente alrededor de 26 mil millones de litros embotellados. Lo anterior equivale a 17 millones de barriles de petróleo usados (que podrían abastecer a cien mil autos por año), la emisión de 2 millones de toneladas de gases de efecto invernadero a la atmósfera, y 100 mil millones de dólares gastados, que servirían para que cada persona en el Planeta tuviera al agua potable. Modificar nuestros hábitos de consumo, disminuyendo el volumen de residuos que generamos es fundamental en la lucha contra el Cambio Climático y es una de las acciones que cada uno de nosotros podemos llevar a cabo. Por ello, una de las formas de contribuir con la salud de nuestro Planeta es reduciendo nuestro consumo de bebidas embotelladas, rellenando nuestras propias botellas o bien consumiendo agua de filtro.

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VIII.









CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

El crecimiento progresivo que ha tenido el PET, como envase en los últimos años es realmente considerable, muchas empresas, como por ejemplo las de la bebidas gaseosas, embotelladoras de agua, industria alimenticia, etc. Usan desde hace algunos años solo botellas de PET, por sus grandes beneficios en comparación a las botellas de vidrio. Incluso en el 2003 la gran novedad fue la industria cervecera se une a esta línea de envases. Razón por la cual se justifica sobre manera la implementación de equipos que ayuden a la recuperación del PET, ya que siempre se podrá tener a la mano material para ser reciclado; más aún que este material nos brinda propiedades que ayudan a su reciclaje. El equipo realizado en este proyecto (maquina-mecánica hiladora de plástico PET), es factible no solo por la baja inversión que se debe realizar, en comparación al costo que implicaría la adquisición de una maquina hiladora de botellas PET actualmente. Sino que también ofrece la ventaja de hacer las dos fases de corte de botellas PET en una sola fase de recuperación del PET. Con lo cual se obtienen beneficios en cuanto al ahorro del tiempo de producción de las preformas de PET. Se recomienda como un nuevo tema de investigación el análisis de un sistema de trituración de plástico móvil, el cual sea montable en algún sistema de trasporte, para así mejorar el reciclaje del plástico en la ciudad, o en el país.

17


IX.



BIBLIOGRAFIA

MECÁNICA DE MATERIALES/FERDINAND P. BEER/E. RUSSELL JOHNSTON, JR

18


X.

ANEXOS

DISEÑO Y ARMADO DE LA BASE

19


ACONDICIONAMIENTO DE PLATINAS, MADERA Y TUBO ALUMINIO

DE

 Toma de Medidas



Perforación en usando broca de 1/2

taladro de banco

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ARMADO DEL SOPORTE

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